波浪作用下超大型养殖网箱水动力特性的数值模拟研究

为提升超大型直径养殖网箱(ULDAC)在波浪环境中的稳定性，研究人员通过OrcaFlex软件建立122米直径网箱模型，结合物理实验验证网格分组方法的准确性。研究发现，网目密实度(Sn=0.35)下水平-垂向节点比302:9的NetCase为最优配置，极端波浪中网箱容积保持率超94%，为近海养殖装备设计提供关键技术支撑。

　　

随着水产养殖向深远海拓展，超大型直径养殖网箱(Ultra-Large-Diameter Aquaculture Cages, ULDACs)因其高效性和抗浪能力成为研究热点。然而，直径超过100米的ULDAC面临三大挑战：动态响应数据匮乏、柔性浮框内部水动力相互作用被简化、现有网格分组方法忽视网箱尺度与长宽比的影响。这些问题严重制约了ULDAC在极端海况下的可靠性设计。

浙江某高校团队在《Ocean Engineering》发表的研究中，通过Python OrcFxAPI接口建立122米ULDAC参数化模型。创新性地将HDPE浮框离散为基于曲梁理论的弹性单元，采用16根尼龙系泊缆对称布局，并开发6种不同网格分组密度的NetCase模型。关键技术包括：基于修正Morison方程的小尺度结构计算、物理实验验证的网格分组等效准则(S_n=0.35)、以及考虑海底摩擦的系泊系统动力学分析。

运动轨迹分析
研究发现非线性波浪作用下，系泊线连接点呈现不规则运动轨迹。风浪侧系泊缆有效张力显著高于背浪侧，与波浪传播方向夹角越小的缆绳张力差异越大。

水平拖曳力分布
海底接触网线在风浪侧和背浪侧顶部区域出现极值水平拖曳力，最大差值达38%，凸显连接部位可靠性设计的重要性。

容积保持性能
极端波浪(波高12米)作用下，ULDAC标准化容积保持率始终高于94%，验证其卓越的抗浪能力。最优网格分组配置NetCase.5(节点比302:9)的计算效率较传统方法提升6倍。

讨论与意义
该研究首次系统揭示了百公尺级ULDAC的非线性水动力响应机制，提出的网格分组优化准则平衡了计算精度与效率。柔性浮框的六自由度变形建模方法为同类结构分析提供新范式。实际应用中，建议优先采用对称冗余系泊布局，并在顶部连接区域加强防护。研究成果为近海养殖装备的规模化发展奠定理论基础，对实现"蓝色粮仓"战略具有重要工程价值。值得注意的是，研究未考虑养殖生物对流场的影响，后续可结合CFD-DEM耦合方法进一步深化。